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粒子群算法的边界问题研究

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粒子群算法的边界问题研究
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【摘 要】粒子群算法是一种实现容易、精度高、收敛快的新型进化算法。该算法在实际应用时会遇到粒子运动超出搜索空间的边界问题。边界问题对算法的效能产生了一定的影响,需要对其加以研究和解决。

【关键词】粒子群算法;边界问题;群体智能优化算法

0 引言

在粒子群算法的进化计算过程中,经常会遇到被搜索空间边界约束的情况。边界问题理论上并不会对粒子群算法的造成巨大的破坏,但在实际应用中却会造成计算资源的极大浪费。同时,在有限的进化次数限制下,会对算法效果产生较大影响。

本文就粒子群算法的边界问题进行了研究和分析,并提出一些解决方案以供参考。

1 粒子群算法原理

粒子群算法最初是受到飞鸟集群活动的规律性启发,进而利用群体智能建立的一个简化模型。其生物学模型主要源于生物学家Frank Heppner提出的鸟类栖息模型。[3]社会心理学研究成果揭示了社会性群体中的个体之间会发生信息交流,并产生趋同认知。以鸟群为例,每只飞鸟之间会通过声音或动作交流其个体的认知信息,同时,独立的飞鸟个体会趋向于跟随群体的大方向飞行。这样,每个个体就会在自身经验的基础上,获得了群体的经验知识,增加了觅食的成功率。如果将每只飞鸟作为一个智能计算体(agent),将这样的一组智能体作为族群,用计算机来模拟其觅食过程,就构建了基本的粒子群算法思想,而所谓食物就是算法的目标函数。这样的基本粒子群算法也被称之为鸟群算法。

在粒子群算法中,每个粒子都是一个智能体,具有以下几个功能:

1)运动功能:能在计算空间中自由运动。

2)判断功能:能判断自身的适应度。

3)记忆功能:能记忆自身的历史经验。

4)交流功能:能和整个群体交流各自的经历。

这样的粒子集合就构成了粒子群,该粒子群是一个智能体的群落,同时具有个体不具备的群体智能。

2 边界问题的产生和分析

由上一章节可以看到,基本粒子群算法兼顾了种群中每个粒子的惯性、自身经验和群体经验,在进化计算过程中模拟了鸟群觅食的社会性群体机制,达到了全局搜索的目的。但是在实际应用中,有一个情况不可忽略,那就是实际问题的搜索空间一般都是是有界的,也就是说群体是被限制在了一个封闭的空间中,单独的个体并不能任意运动。当单个个体突破了空间界限的限制,就会给算法结构带来破坏,造成以下一些问题:

1)适应度函数失效:超出适应度函数的定义域,导致判据失效,得到错误的结论。

2)解区间错误:在搜索空间之外,无法得到有效解。

3)计算资源浪费:在搜索空间之外不会得到有效经验,也不会对群体知识进行改进,这样的计算完全是浪费。

4)延误进化进程:粒子个体在走出限制空间之后,由于惯性原因,会在错误的空间产生滞留,严重影响算法收敛速度。

针对这样一些问题,在算法上有必要增加一定的机制加以限制,使粒子的运动限制在搜索空间范围内,增加算法效率,改善优化搜索效果。在实践过程中,笔者发现可以采用以下一些方式对算法加以改进:

1)增加搜索空间外的适应度定义,可以将该区域的适应度设为最小值。这样,可以依靠粒子自身的智能回归正确的空间。

2)当粒子运动到空间边界时,强制该粒子停止运动,当前速度置为0,粒子的适应度用当前所处的边界位置计算。

3)将空间边界设置为反射面,当粒子碰撞到空间边界时,就产生反射作用,让粒子根据一定的机制反弹回原空间,并保持一定的速度。

以上几种方式从不同的的角度来处理粒子群算法的边界问题,各有优缺点。

增加适应度定义的方法可以保持粒子群算法机制上的完善,充分发挥粒子的智能和自主性。但是这样会牺牲一部分算法效率,也就是牺牲掉粒子自主纠错的计算时间。强制粒子停止的方法可以最大化的节约边界问题的错误纠正时间,但是,粒子一旦停止后,就会丧失原运动过程的惯性体系,影响种群的多样性。让粒子反射的方法可以杜绝边界问题的产生,同时,也有利于保持种群多样性。但是反射过程的运动计算在一定程度上增加了计算时间消耗。

3 结语

通过上述研究可知,粒子群算法是一种优秀的群体智能优化算法,它机理清晰,应用广泛。粒子群算法的边界问题影响到算法的效率和最终结果,必须加以重视。在实际应用中,采用适当的方法可以对边界问题加以处理,使算法更加完善。

【参考文献】

[2]Garnier S, Gautrais J, Theraulaz G. The biological principles of swarm intelligence[J]. Swarm Intelligence, 2007,30

(1):3-31.

[3]Banks A, Vincent J, Anyakoha C. A review of particle swarm optimization. Part I: background and development [J]. Natural Computing, 2007,45

(6):55-57.

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集群学习模型、外界引导与案例研究
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摘要:通过对发达国家产业集群和 发展 中国 家产业集群学习的案例研究,指出集群学习的过程不仅仅包括集群内的创新和技术扩散,还应该包括对集群外部的观察和发现过程。基于此构建了外界学习—内部创新的四阶段过程模型,结合集群......
受贿罪法律问题研究
发布时间:2023-02-04
摘 要:我国在受贿罪上出台了一系列的法律法规,然而法与时转,法律是否能跟上社会的变化而变革是判断良法与否的重要标准,面对受贿犯罪如此猖獗的现实,我们必须重新审视我们的法律规定并且及时找出其中的不足以便适应时代的发展。 ......
电子商务中的信息安全问题研究
发布时间:2016-12-05
由于网络以及信息技术的发展,电子商务在社会中的运用越来越广泛,它大大提高了人们的工作效率。电子商务的出现不但给予了英特网进一步发展壮大的机会,也为全球商业界带来了能量。虽然电子商务能方便大家,但它并不是没有缺陷的。众所......
电子邮件证据若干问题研究司法制度论文(1)
发布时间:2013-12-17
电子邮件(E-mail)是通过Internet或者Intranet等网络,从终端机输入文件、图片或者声音等,通过邮件服务器传送到另一端的终端机上的信息。电子邮件是目前人们在虚拟的网络空间中使用频率最高的通讯方法。随着Internet的飞速发展,这种以电......
部门预算执行存在问题研究
发布时间:2023-08-07
部门预算是全面反映政府部门收支活动的预算,是经财政部门审核后提交立法机关依法批准的涵盖部门各项收支的综合财政计划。其突出以下几个特点:一是“一个部门一本预算”,即部门的各项收支均应纳入其内。二是具有法定性,一经批复不得......
工业企业成本核算问题研究
发布时间:2015-08-07
摘要:工业企业成本核算很重要,目前工业企业成本核算存在问题。针对这些问题,应采取相应的对策。 关键词:工业企业;成本核算;存在问题 成本核算是根据一定的成本核算对象,采用适当的成本计算方法,按照规定的成本项目,通过......
事业单位预算管理问题研究
发布时间:2022-12-12
摘要:事业单位作为为社会提供公共服务的承担者,在许多经济领域参与经济建设,并发挥着重要作用,因此加强其预算管理工作,合理使用资金,从源头上防治腐败,保证预算管理目标与战略目标的实现具有重大现实意义。文章阐述了当下事业......
会计档案电子化相关问题研究
发布时间:2022-11-10
随着网络技术与信息技术的不断改革发展,会计工作逐步由电算化向信息化转变,同时,会计档案的管理方式也发生了翻天覆地的变化。在这一背景下,传统的纸质版会计档案管理已经无法适应信息化时代的发展。因此,实现会计档案电子化将是顺......
关于企业会计核算问题的研究
发布时间:2023-05-24
[摘要]随着经济的快速发展,企业作为市场经济中的重要主体,其在激烈的市场竞争中要想更好的生存和发展,则需要加强企业会计核算工作,充分的发挥会计核算的重要作用,使企业的经济效益得到实现,努力提高企业的市场竞争力,从而在激......
电子商务环境下的税收问题研究
发布时间:2023-02-20
" 近年来国际和国内的热门话题当属电子商务及其相关应用,它已引起社会各界的广泛关注。但电子商务的流动性、隐匿性及交易本身的数字化与税务机关获取信息能力和税收征管水平不相适应,使之成为优良的“国际避税地”,给传统税收体......
电子商务的安全问题研究(1)论文
发布时间:2023-06-04
前言: 近年来,随着电子技术的发展,“电子商务”、“电子合同”等这类的词随处可见。的确,电子技术给我们的生活带来了很大的变化。我们现在可以实现网上购物;公司企业越来越重视网上销售和网上订货。这种新的交易方式的快速、便捷、......
研究生就业歧视法律问题研究
发布时间:2023-08-05
一、研究生就业歧视现象及成因分析 目前我国研究生就业市场主要存在健康歧视、年龄歧视、性别歧视、学历歧视、户籍歧视、外貌歧视、非党员歧视、残疾歧视等八种就业歧视。 (一)健康歧视 就业中的健康歧视指的是用人单位或企业......
农民工子女城市融入问题研究
发布时间:2023-03-14
【摘 要】从20世纪80年代初开始,随着我国经济的改革开放以及城市化进程的不断推进,涌人城市的农民工群体越来越庞大。而近些年来,进入城市的农民工则逐渐以“拖家带口”的方式,把子女也带入所在的城市,让其在城市里面生活、学习;......
探究互联网时代的无边界零售
发布时间:2022-08-07
一、引言 近年来,零售企业业绩不断下滑,尽管其中有很多宏观环境的因素,但在快速发展的以移动互联网为代表的互联网时代,零售企业必须重新对传统边界清晰的管理思维与管理方式进行思考。有关企业边界的研究最早集中于经济学领域,科......
构建微粒观念,解决化学问题
发布时间:2023-04-25
“微粒观”是化学基本观念的一种,其主要内容包括“物质是由原子、分子、离子等基本微粒构成,微粒很小,微粒是运动的,微粒间有空隙,微粒间存在着相互作用。”在初中阶段的学习主要形成前四点,“微粒观”是一种重要的化学基本观念......
企业全面预算管理问题研究
发布时间:2023-06-13
摘 要:在现实中我国很多企业在实行全面预算管理过程中,还存在过多过少的问题,因此,本文重点探究了企业在实行全面预算管理中的问题,并提出可行的解决方案,进而实现企业的良性发展过程。 关键词:全面预算;竞争力;企业管理 ......
村庄边界的多元化
发布时间:2013-12-17
" 一、研究的问题和村庄 谈到中国村庄的功能和农民生活的基本范围,有三位学者的研究是不能不提及的,这就是费孝通先生和黄宗智先生对“村庄共同体”的研究,以及施坚雅先生(Skinner,G.William,1964—1965)关于“基层市场共同体......
计算机应用的节能环保问题研究
发布时间:2023-03-06
摘要:针对计算机使用过程中的节能环保问题,结合机关事务管理局工作经验,在明确计算机能耗特点与对环境造成的影响的基础上,提出了具体的节能方法,包含软件设置与形成良好操作、节能习惯,为实现节能环保与低碳生活等目标提供具体的方法。关键词:计算机应用;计算机能耗;软件设置;节能环保如今,计算机已经在各行各业得到广泛应用,由于其用量较大,所以计算机应用的节能环保成为社会关注的焦点问题。对很多人而言,因对计算.........
世界遗产旅游资源开发中的法律问题探究
发布时间:2016-09-07
一、当前我国世界遗产旅游开发的状况 近年来,由于经济利益的驱使,过度与错位开发世界遗产旅游资源的现象大量存在,使世界遗产旅游资源开发的环境压力越来越大。世界遗产旅游风景区内修建观光管道、盖高级别墅、建立高尔夫球场等现象......
张家界酒店业员工高流失率问题研究
发布时间:2022-12-24
[摘要]酒店人员流失过于严重必将给酒店带来很多负面影响,文章通过分析张家界酒店员工过度流失的原因,针对性地提出了解决酒店高流失率的方法和对策。[关键词]张家界酒店高流失率在酒店业的竞争中,人力资源的竞争是酒店能够生存和发展的重要组成部分,高素质人才流失会对酒店造成诸多不利影响,如何控制人才流失已经成为酒店稳定发展的重要因素。留人是酒店人力资源管理机制中的核心问题,留不住人,酒店人力资源部门疲于奔命.........
悬赏广告法律问题的研究
发布时间:2023-04-23
[摘 要]悬赏广告作为现今生活中较为常见的一种客观存在,我们在任何时候都要首先从实际出发,寻找相关的法律依据对其进行认定、判断和裁量。在我国现在对此方面内容有专门性的立法的情况下,更是应该从事件的具体内容和性质加以考虑,......
没有边界的“商学院”
发布时间:2023-02-06
“请你回答我两个问题:第一,这件事该不该发生?第二,这件事该不该你做?”面对毫不修饰,直击“痛点”的提问,马文俊思考片刻之后坚定地回答:“娱乐+影视――我要的就是微投的这块市场。” 马文俊,海尔“I see mini”即“小帅......
基于因子分析法的中部城市群创新能力评价研究
发布时间:2015-08-18
摘要:通过从知识创新、技术创新、产业创新、品牌创新、创新环境5个方面设计城市群创新能力评价指标体系,依据因子分析法的基本思路构建评价模型,对中部四大城市群自主创新能力进行定量评价,并对综合得分结果进行排名。最后根据评价......
从冯友兰论孔子看中国哲学史研究方法论问题
发布时间:2023-08-13
摘要:冯友兰曾撰写大量的评孔、论孔文章,以真心尊孔、扬孔为主而兼有违心批孔、反孔的言论。在涉及孔子研究和中国哲学史研究的方法论问题时,尽管冯友兰一度也采取“唯书”、“唯上”的教条主义方法,但从总体上说,他既主张“同情......
浅析带电粒子在重力场与匀强电场中的圆周运动问题
发布时间:2015-12-03
当带电粒子在电场中受到静电力、重力以及其他的外力作用且有力做功时,粒子的动能将发生改变,粒子将做非匀速圆周运动,此时粒子的向心力将由这些力在圆周半径方向上的合力提供,通常利用牛顿第二定律和功能关系解决相关问题。 一、......
民间借贷的民法问题研究
发布时间:2015-08-06
摘 要 在市场经济快速发展的过程中,民间借贷的存在不仅具有其历史因素,也具有其存在的必要性。从民间借贷形成以来,其发展的速度非常快,双方在诚实信用的基础上自愿组成相应的法律关系。现如今,即使民间借贷的规模在不断扩大,但......
TRIPS的民法学若干问题研究
发布时间:2013-12-19
TRIPS的民法学若干问题研究 TRIPS的民法学若干问题研究 TRIPS的民法学若干问题研究 TRIPS是世界贸易组织法律规则体系下的基本协议之一,其性质属多边国际公约,宗旨是为知识产权在国际贸易中的保......
农信社清算业务管理问题研究
发布时间:2023-05-04
【摘 要】农信社作为农村中小金融机构,长期以来立足农村,坚持服务“三农”宗旨,巩固和发展“农村金融主力军”地位,并努力成为支持县域经济、中小企业和个体私营经济发展的重要金融力量。尽管农信社在资金清算业务管理方面积累了丰......

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